專利名稱：微波硫燈電源系統(tǒng)及控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種微波硫燈電源系統(tǒng)及控制方法，特別涉及一種可以控制激發(fā)磁控管以產生微波的電源系統(tǒng)及控制方法。
背景技術：
在1993年美國能源部大樓與宇航博物館成功利用Fusion公司開發(fā)的第一代微波硫燈完成了照明改造工程，能源部大樓原有的280個200W高壓汞燈，被兩盞微波燈及84米長的導光管代替，節(jié)能50％，其照度水平為舊照明系統(tǒng)的4倍，因此微波硫燈立即引起世界照明領域的密切注意。
微波硫燈不含有毒鹵素與汞，紫外線、紅外線污染極小。燈泡制作過程及報廢處理對環(huán)境無污染，壽命可長達六萬小時，整機綜合壽命超過2萬小時，光線分布均勻，傳輸距離遠，消耗能量為普通白熾燈的1/12、相同功率普通氣體放電節(jié)能燈的1/4。
目前微波硫燈已被廣泛應用于廣場、運動場、體育館、建筑物泛光、投光；大型車間、倉庫、超市商業(yè)中心、造船行業(yè)、飛機場及機場維修處、博物館、電影拍攝場所、火車站、碼頭、企業(yè)工地等場所照明。
微波硫燈其發(fā)光照明原理是由高壓啟動磁控管，用以產生微波，微波通過導光管傳送到硫燈光源，用以激發(fā)出可見光源。微波硫燈啟動時會先將磁控管中的陰極燈絲進行預熱，接著通以高壓電源進行點燈，通常在點燈成功后該燈絲即失去作用，若是沒有將通往燈絲的電源切斷或減小，無形中即產生功率的消耗，同時會讓磁控管溫度過高使之壽命相對減少。同時微波硫燈啟動時其瞬間功率變化過大，若是啟動頻繁則相對的磁控管的壽命也會減少。此外，微波硫燈需耗費相當大的啟動功率來完成啟動，但是通常微波硫燈的啟動系統(tǒng)中缺乏啟動失敗的保護功能，因此常常在啟動失敗后，電源側仍然會供應高壓及高功率的電源到磁控管，無形中產生功率的消耗，進而讓電源系統(tǒng)過熱。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明為一種微波硫燈電源系統(tǒng)及控制方法，利用數(shù)字信號處理器來控制激發(fā)一磁控管產生微波，通過軟啟動方式來減少微波硫燈啟動時瞬間功率的變化；并且加入加速點燈功能，用以加速完全激發(fā)硫燈光源。同時，在啟動成功后，則進行切斷磁控管中陰極燈絲的預熱或減小供應預熱的電流以減少功率消耗，同時可視不同應用場所，進行調光輸出。
根據(jù)本發(fā)明的微波硫燈電源系統(tǒng)用來激發(fā)一磁控管產生微波，利用一數(shù)字信號處理器進行整個系統(tǒng)的電源規(guī)劃及控制。電源系統(tǒng)中包括有一整流電路連接到一電源側，該整流電路將一市電電源轉換為一直流電源；一第一輸出電路，連接于該整流電路、該數(shù)字信號處理器與該磁控管的一陰極燈絲端，受控于該數(shù)字信號處理器，并依據(jù)該直流電源，用以提供電流到該磁控管的陰極燈絲端用以進行燈絲預熱；及一第二輸出電路，連接于該整流電路、該數(shù)字信號處理器與該磁控管的一陰極燈絲端與一陽極端，受控于該數(shù)字信號處理器，并依據(jù)該直流電源，用以提供高電壓到該磁控管兩端用來啟動磁控管產生微波。
根據(jù)本發(fā)明所述的微波硫燈電源系統(tǒng)，還進一步包括有一功因修正器連接于該整流電路與該第一輸出電路、該第二輸出電路之間，用以補償電源系統(tǒng)的諧波功率和無效功率。
根據(jù)本發(fā)明所述的微波硫燈電源系統(tǒng)，其中該第一輸出電路為一直流-直流轉換器。
根據(jù)本發(fā)明所述的微波硫燈電源系統(tǒng)，其中該直流-直流轉換器具有一切換開關，該切換開關受控于該數(shù)字信號處理器，用以提供電流到該磁控管的陰極燈絲端。
根據(jù)本發(fā)明所述的微波硫燈電源系統(tǒng)，其中該第二輸出電路為一直流-直流轉換器。
根據(jù)本發(fā)明所述的微波硫燈電源系統(tǒng)，其特征在于，該直流-直流轉換器具有一切換開關，該切換開關受控于該數(shù)字信號處理器，用以提供高電壓到該磁控管兩端。
本發(fā)明的微波硫燈電源控制方法，提供穩(wěn)定電流到磁控管陰極端的燈絲，用以進行燈絲預熱，然后，逐漸增加輸入功率到該磁控管，用以進行軟啟動，接下來提供一超過穩(wěn)定功率的輸入功率到該磁控管，用來加速微波硫燈的點燈，最后則提供穩(wěn)定功率到該磁控管以進行微波硫燈發(fā)光，同時該磁控管燈絲的穩(wěn)定電流會開始調控下降甚至調控下降到零，并且可提供對微波硫燈進行調光，讓微波硫燈在不同場所下，可以進行調光輸出以符合其需求。
根據(jù)本發(fā)明所述的微波硫燈電源控制方法，其特征在于，在提供穩(wěn)定功率到該磁控管步驟中，提供給該磁控管燈絲的穩(wěn)定電流會同時下降。
根據(jù)本發(fā)明所述的微波硫燈電源控制方法，其特征在于，在提供穩(wěn)定功率到該磁控管步驟中，同時可提供對微波硫燈進行調光。


圖1為本發(fā)明第一實施例微波硫燈電源系統(tǒng)結構示意圖；圖2A～圖2C為本發(fā)明電源系統(tǒng)啟動時系統(tǒng)各部分波形示意圖；圖3為本發(fā)明第二實施例微波硫燈電源系統(tǒng)結構示意圖；及圖4為本發(fā)明控制方法流程示意圖。
其中，附圖標記說明如下11電源側 12整流電路 14功因修正器17數(shù)字信號處理器 18第一輸出電路 19第二輸出電路2磁控管具體實施方式
請參考圖1，為本發(fā)明第一實施例微波硫燈電源系統(tǒng)結構示意圖，用來激發(fā)一磁控管2產生微波，包括有一數(shù)字信號處理器17進行整個系統(tǒng)的電源規(guī)劃及控制；一整流電路12，連接于一電源側11，取得一市電電源并將之轉換為一直流電源；一第一輸出電路18，連接于該整流電路12、該數(shù)字信號處理器17與該磁控管2的一陰極燈絲端，受控于該數(shù)字信號處理器17，并依據(jù)該直流電源，用以提供電流到該磁控管2的陰極燈絲端；及一第二輸出電路19，連接于該整流電路12、該數(shù)字信號處理器17與該磁控管2的一陰極燈絲端與一陽極端，受控于該數(shù)字信號處理器17，并依據(jù)該直流電源，用以提供高電壓到該磁控管2兩端。數(shù)字信號處理器17還連接到第一輸出電路18與第二輸出電路19的輸出端用來反饋取得磁控管2的燈絲預熱電流以及工作電流的狀況，以進行預熱電流及工作電流的輸出控制。
再參考圖1，其中該第一輸出電路18為一具有切換開關(未示出)的直流-直流轉換器(DC to DC converter)，該數(shù)字信號處理器17控制該切換開關進行切換，使得整流電路12輸出的直流電源可以周期性的通過變壓器(未示出)提供電流到該磁控管2的陰極燈絲端以進行燈絲的預熱。此外，該第二輸出電路19為一具有切換開關(未示出)的直流-直流轉換器(DC to DCconverter)，該數(shù)字信號處理器17控制該切換開關進行切換，使得整流電路12輸出的直流電源可以周期性的通過變壓器(未示出)提供高電壓到該磁控管2兩端以進行啟動磁控管2產生微波。
請參考圖2A～圖2C，圖2A～圖2C為本發(fā)明電源系統(tǒng)啟動時系統(tǒng)各部分波形示意圖。圖2A為該數(shù)字信號處理器17傳送到第二輸出電路19的控制信號工作周期(Duty)波形圖。圖2B為燈絲預熱電流波形圖。圖2C為第二輸出電路19輸出功率波形圖。請同時參照圖2A～圖2C，在時間t1期間，在數(shù)字信號處理器17控制第一輸出電路18提供到磁控管2的燈絲預熱電流IH固定不變的情況下，數(shù)字信號處理器17傳送到第二輸出電路19的控制信號工作周期(Duty)逐漸增加，此時第二輸出電路19輸出的功率正比于該工作周期(Duty)逐漸上升到所需的功率點，這樣在系統(tǒng)啟動時，采用軟啟動方式用來減少磁控管2瞬間的功率變化。
再參考圖2A～圖2C，在時間t2期間，燈絲預熱電流IH仍為固定不變的情況下，在數(shù)字信號處理器17控制該控制信號工作周期(Duty)迅速增加，此時第二輸出電路19輸出的功率P一樣正比于該工作周期(Duty)，將輸出過功率(over power，即超過穩(wěn)態(tài)工作的功率)用做加速點燈功能以加速完全激發(fā)硫燈光源。在時間t3期間，系統(tǒng)完成點燈工作，數(shù)字信號處理器17從磁控管2取得一完成點燈信號后，控制該控制信號的工作周期(Duty)調控下降到一穩(wěn)定工作周期值DS，用以利用此穩(wěn)定工作周期值DS持續(xù)供應第二輸出電路19輸出功率P到磁控管2，來維持硫燈光源的激發(fā)以保持發(fā)光照度。同時，燈絲預熱電流IH在完成點燈后，數(shù)字信號處理器17會控制第一輸出電路18減少或切斷該燈絲預熱電流IH，用以減少微波硫燈正常工作時的功率消耗。
再參考圖2A～圖2C，在啟動完成后數(shù)字信號處理器17可通過第一輸出電路18與第二輸出電路19的輸出端用來反饋取得磁控管2的燈絲預熱電流IH以及工作電流的狀況，以達到間控和程序排成的功能，來進行燈絲預熱電流IH及工作電流的輸出控制，讓微波硫燈在不同場所下，可以進行調光輸出以符合其需求。
綜上所述，本發(fā)明可以利用調整數(shù)字信號處理器17輸出控制信號的工作周期(Duty)來調整一陽極高壓源的輸出功率P，而調整輸出功率P即為調整微波硫燈的光輸出(即調光控制)，同時，數(shù)字信號處理器17反饋取得第二輸出電路19的輸出電流用作電流控制。此外，調整數(shù)字信號處理器17控制第一輸出電路18即一燈絲電流源輸出一較大的控制量，讓燈絲預熱電流較大，加速點燈時間，等穩(wěn)態(tài)后，再給一個較小的控制量，降低燈絲預熱電流或降到零，減少燈絲電流源的功率損耗。如此，本發(fā)明提供微波硫燈啟動三個部份，區(qū)分有啟動區(qū)、加速點燈區(qū)和穩(wěn)態(tài)調光區(qū)，即利用數(shù)字信號處理器17來控制電源系統(tǒng)中第一輸出電路18與第二輸出電路19的切換開關以達到驅動的目的。
請同時配合圖1，參考圖3，為本發(fā)明第二實施例微波硫燈電源系統(tǒng)結構示意圖。第二實施例與第一實施例其結構差異處在于第二實施例還進一步包括有一功因修正器14連接于該整流電路12與該第一輸出電路18、該第二輸出電路19之間，用以補償電源系統(tǒng)的諧波功率和無效功率?？尚拚娫磦容斎腚妷号c輸入電流的相位關系，用以達到臺灣電力公司用電的規(guī)范要求，減少功率的浪費。
接下來說明本發(fā)明微波硫燈電源的控制方法，請參考圖4，為本發(fā)明控制方法流程示意圖。首先提供穩(wěn)定電流到磁控管陰極端的燈絲，用以進行燈絲預熱(步驟100)；然后，逐漸增加輸入功率到該磁控管，用以進行軟啟動(步驟102)；接下來提供一超過穩(wěn)定功率的輸入功率到該磁控管，用來加速微波硫燈的點燈(步驟104)；最后則提供穩(wěn)定功率到該磁控管(步驟106)以進行微波硫燈發(fā)光。在步驟106中，由于微波硫燈已完成啟動，所以此時提供給該磁控管燈絲的穩(wěn)定電流開始調控下降(步驟108)，甚至調控下降到零，用來減少燈絲電流源的功率損耗。并且在步驟106中，同時可提供微波硫燈的調光(步驟110)，讓微波硫燈在不同場所下，可以進行調光輸出以符合其需求。
綜上所述，本發(fā)明微波硫燈電源系統(tǒng)及控制方法，利用數(shù)字信號處理器來控制激發(fā)一磁控管產生微波，通過軟啟動方式來減少微波硫燈啟動時瞬間功率的變化；并且加入加速點燈功能，用以加速完全激發(fā)硫燈光源。同時，在啟動成功后，則進行切斷磁控管中陰極燈絲的預熱或減小供應預熱的電流以減少功率消耗，同時可視不同應用場所，進行調光輸出。因此，本發(fā)明可以改善公知在微波硫燈正常發(fā)光下所產生的功率消耗，并且降低磁控管工作溫度使之壽命延長。同時在微波硫燈啟動時降低其瞬間功率變化過大的缺點以延續(xù)磁控管壽命。此外，本發(fā)明還提供啟動失敗的保護功能、過溫度保護功能及磁控管異常保護等功能，可在系統(tǒng)啟動失敗、過溫度或異常情況下進行系統(tǒng)控制信號的切斷，以達到系統(tǒng)的保護。
以上所述僅為本發(fā)明最佳之一的具體實施例的詳細說明與附圖，然而本發(fā)明的特征并不局限于此，并非用以限制本發(fā)明，本發(fā)明的所有范圍應以權利要求所界定的范圍為準，凡符合本發(fā)明權利要求所界定范圍的精神與其類似變化的實施例，都應包含在本發(fā)明的范疇中，本領域的技術人員可輕易想到的變化或修改皆可涵蓋在本發(fā)明權利要求所界定的范圍內。
權利要求
1.一種微波硫燈電源系統(tǒng)，用來激發(fā)一磁控管產生微波，其特征在于，包括有一整流電路，連接于一電源側，取得一市電電源并將之轉換為一直流電源；一數(shù)字信號處理器；一第一輸出電路，連接于該整流電路、該數(shù)字信號處理器與該磁控管的一陰極燈絲端，受控于該數(shù)字信號處理器，并依據(jù)該直流電源，用以提供電流到該磁控管的陰極燈絲端；及一第二輸出電路，連接于該整流電路、該數(shù)字信號處理器與該磁控管的一陰極燈絲端與一陽極端，受控于該數(shù)字信號處理器，并依據(jù)該直流電源，用以提供高電壓到該磁控管兩端。
2.如權利要求1所述的微波硫燈電源系統(tǒng)，其特征在于，還進一步包括有一功因修正器連接于該整流電路與該第一輸出電路、該第二輸出電路之間，用以補償電源系統(tǒng)的諧波功率和無效功率。
3.如權利要求1所述的微波硫燈電源系統(tǒng)，其特征在于，該第一輸出電路為一直流-直流轉換器。
4.如權利要求3所述的微波硫燈電源系統(tǒng)，其特征在于，該直流-直流轉換器具有一切換開關，該切換開關受控于該數(shù)字信號處理器，用以提供電流到該磁控管的陰極燈絲端。
5.如權利要求1所述的微波硫燈電源系統(tǒng)，其特征在于，該第二輸出電路為一直流-直流轉換器。
6.如權利要求5所述的微波硫燈電源系統(tǒng)，其特征在于，該直流-直流轉換器具有一切換開關，該切換開關受控于該數(shù)字信號處理器，用以提供高電壓到該磁控管兩端。
7.一種微波硫燈電源控制方法，用來激發(fā)一磁控管產生微波，其特征在于，包括如下步驟提供穩(wěn)定電流給該磁控管的燈絲，用以進行燈絲預熱；逐漸增加輸入功率到該磁控管，用以進行軟啟動；提供一超過穩(wěn)定功率的輸入功率到該磁控管，用來加速點燈；及提供穩(wěn)定功率到該磁控管。
8.如權利要求7所述的微波硫燈電源控制方法，其特征在于，在提供穩(wěn)定功率到該磁控管步驟中，提供給該磁控管燈絲的穩(wěn)定電流會同時調控下降。
9.如權利要求7所述的微波硫燈電源控制方法，其特征在于，在提供穩(wěn)定功率到該磁控管步驟中，同時可提供對微波硫燈進行調光。
全文摘要
一種微波硫燈電源系統(tǒng)及控制方法，利用數(shù)字信號處理器來控制激發(fā)一磁控管產生微波，通過軟啟動方式來減少微波硫燈啟動時瞬間功率的變化；并且加入加速點燈功能，用以加速完全激發(fā)硫燈光源。同時，在啟動成功后進行切斷磁控管中陰極燈絲的預熱或減小供應預熱的電流以減少功率消耗，同時可視不同應用場所，進行調光輸出。
文檔編號H05B41/38GK1942039SQ20051010647
公開日2007年4月4日 申請日期2005年9月26日 優(yōu)先權日2005年9月26日
發(fā)明者古忠平, 吳文隆, 李麗玲 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院